目錄

      第一章 歷史上的數學危機

      1. 什么是數學危機
      2. 第一次數學危機
      3. 第一次數學危機的產物—古典邏輯與歐氏幾何學
      4. 非歐幾何學的誕生
      5. 第二次數學危機

      第二章 第三次數學危機產生的背景

      1. 數學符號化的擴充:數理邏輯的興起
      2. 尋找數學的基礎:集合論的創立
      3. 數學的公理化

      第三章 悖論及其解決方案

      1. 一連串的悖論的出現
      2. 悖論動搖了整個數學的基礎
      3. 羅素的類型論
      4. 策梅羅的公理集合論

      第四章 哥德爾的發現:意想不到的結果

      1. 哥德爾小傳
      2. 1930年數理邏輯的狀況
      3. 1930年哥德爾的兩項主要貢獻

      第五章 數理邏輯的大發展

      1. 證明論
      2. 遞歸論
      3. 模型論
      4. 公理集合論

      第六章 數學與哲學

      1. 邏輯主義
      2. 直覺主義
      3. 形式主義
      4. 數學與哲學

      結束語

       
       

      數學進程中的三次危機

      數學中過去的錯誤或者未解決的困難,是為它未來的發展提供了契機。

                                                                                                               ——E.T.Bell 

      數學的永遠令人神往的美貌之一就是,它的艱難的悖論是以栩栩生輝的方式使之得到美妙的結果。——P.J.Davis 

      第三次數學危機是胡作玄教授寫的關于數學發展史的一篇力作,在結束語中 他用精練的語言將數學發展的歷程做了高度概括,不僅講述了數學危機產生的背景,同時也介紹了危機本身,最后他告訴我們危機是如何解決的。

      我認為這個結束語是必讀的,它對讀者閱讀全文和了解數學發展史有非常大的幫助。因為全文比較長,可能有人不會看到最后,而我又希望大家不要略過這個部分,為此我做了一個大膽的調整,請大家先閱讀結束語,如果你有興趣就可以隨意地閱讀其他相關的章節。把結束語放在最前面的目的是想把它作為一個閱讀的導引。——編者

      第三次數學危機

      ——胡作玄

      結束語

      數學素以精確嚴密的科學著稱,可是在數學發展的歷史長河中,仍然不斷地出現矛盾以及解決矛盾的斗爭。從某種意義下講,數學就是要解決一些問題,問題不過矛盾的一種形式。

      有些問題得到了解決,比如任何正整數都可以表示為四個平方數之和;有些問題至今沒有得到解決,如哥德巴赫猜想:任何大偶數都再可以表表示為兩個素數之和。我們還很難說這個命題是對還是不對,因為隨便給一個偶數,經過有很多次試驗總可以得出結論,但是偶數有無窮多個,你窮畢生精力也不會驗證完。也許你能碰到到一個很大的偶數,找不到兩個素數之和等于它,不過即使這樣,你也難以斷言這種例外偶數是否有限多個,也就是某一個大偶數之后,上述歌德巴赫猜想成立。

      這就需要證明,而證明則要用有限的步驟解決涉及無窮的問題。借助于計算機完成的四色定理的證明,首先也要把無窮多種可能的地圖歸結成有限的情形,沒有有限,計算機也是無能為力的。因此看出數學永遠回避不了有限與無窮這對矛盾。只要無窮存在,你就要應付它。這可以說是數學矛盾的根源之一。

      在處理出現矛盾的過程中,數學家不可能不進行“創造”,這首先表現在產生新概念上,我們不妨先不管自然數。

      為了解決實際問題、人們必須發明出“零”來,然后要造出負數、有理數、無理數乃至虛數。所謂虛,就是不實,憑空想象出來的意思,不過解代數方程有必要把它請進來,請進來后又覺得它不實在、不太放心。后來它用處很大,能解決非它不可的問題,于是轟也轟不走了。

      復數擠進數學王國之后,跟著四元數、八元數、超復數……都來了,它們可沒有復數都么大的用處,甚至根本沒用。要還是不要呢?這也使數學家處于為難的境地。數學家經常處于這種矛盾的過程中。

      “什么是存在?”,這是數學的一個基本問題。什么東西可以擠進數學王國?直覺主義者規定一個較窄的限制:必須能夠一步一步構造出來;而形式主義者規定一個較寬的限制:只要沒有矛盾就行了。不過什么叫沒有矛盾?當然邏輯沒有矛盾,其實就是遵守形式邏輯規律。可是形式邏輯是從人類有限經驗推出來的,對于無窮情形還靈不靈?這當然存在問題,可是不許推廣,那數學還能剩下多少靠得住的東西呢?

      在數學史上這種矛盾也是屢見不鮮的。無窮小量剛出現時,漏洞百出、無法自圓其說,可是行之有效、解決問題。所以達朗貝爾說:“前進,你就能恢復信心!”,這可以說是一種實用主義態度。

      十九世紀,柯西和維爾斯特拉斯用極限概念解決了矛盾,同時也扔掉了無窮小,這里無矛盾性占了上風。1961年,羅濱遜發明非標準分析,又把無窮小量請了回來,仍然沒有矛盾。不過它是建立在模型論基礎上,要承認非可數無窮基數的存在。

      承認無窮集合,承認無窮基數,就好象打開潘朵拉的盒子,一切災難都出來了。這就是第三次數學危機的實質。盡管悖論可以消除,矛盾可以回避,數學的確定性卻在一步一步喪失。最近莫利斯·克萊因寫了一本《數學—確定性的喪失》一書,就是講的這件事。

      現代公理集合論的一大堆公理簡直難說孰真孰假,可是又不能把它們一古腦兒消除掉,它們跟整個數學可是血肉相連的。所以第三次危機表面上解決了,實質上更深刻地以其它形式延續看。矛盾既然是固有的,它的激烈沖突—危機也會給數學帶來許多新內容,新認識,有時也帶來革命性的變化。

      把二十世紀的數學同前整個數學相比,內容不知豐富了多少,認識也不知深入了多少。在集合論的基礎上,誕生了抽象代數學、拓撲學、泛函分析與測度論。數理邏輯也興旺發達,成為數學有機整體的—部分。古代的代數幾何、微分幾何、復分析現在已經推廣到高維,代數數論的面貌也多次改變,變得越來越優美、完整。一系列經典問題完滿地得到解決,同時又產生更多的新問題。特別是二次大戰之后,新成果層出不窮,從未間斷。教學呈現無比興旺發達的景象,而這正是人們在同數學中矛盾斗爭的產物。

       

       
       
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